本文關(guān)鍵詞：軟巖非線性蠕變損傷特性及錨固機(jī)理研究　出處：《遼寧工程技術(shù)大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：蠕變是巖石材料的重要力學(xué)特征,許多巖土工程問題都與巖石的蠕變特性有密切關(guān)系,巖石蠕變現(xiàn)象給實(shí)際工程帶來的影響已引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。地下工程軟巖蠕變特性以及錨固機(jī)理是研究的熱點(diǎn)問題,文章通過試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法,對泥巖的基本力學(xué)性能、蠕變特性、非線性蠕變模型、參數(shù)辨識以及錨桿錨固界面粘結(jié)滑移關(guān)系進(jìn)行了深入的研究,并將研究成果應(yīng)用于高家梁煤礦軟巖巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)分析中,論文主要工作如下：(1)對泥巖進(jìn)行常規(guī)單軸壓縮試驗(yàn),研究了泥巖的強(qiáng)度和變形特征,獲取了其基本力學(xué)特征參數(shù)。根據(jù)泥巖抗壓強(qiáng)度確定出蠕變試驗(yàn)中分級加載等級和強(qiáng)度。利用巖石三軸試驗(yàn)儀對泥巖分別進(jìn)行了單軸和三軸的分級加載蠕變試驗(yàn),對不同加載路徑包括圍壓恒定、分級增加軸壓；軸壓恒定、分級增加圍壓下泥巖的蠕變特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究,得到了不同加載路徑和不同應(yīng)力水平下泥巖蠕變過程的變形特征和蠕變速率的變化規(guī)律；(2)將巖石蠕變過程視為線性與非線性蠕變過程的迭加,借鑒元件組合模型的建模方法,將含分?jǐn)?shù)階微積分的變粘性系數(shù)FC元件代替Newton粘壺與Kelvin體、彈簧元件串聯(lián),同時(shí)引進(jìn)考慮荷載級別與時(shí)間效應(yīng)的損傷變量,提出一種五元件非線性蠕變損傷模型,較好的模擬泥巖蠕變?nèi)^程,尤其是泥巖加速蠕變階段,并推導(dǎo)出模型的本構(gòu)方程和蠕變方程；(3)基于分級加載蠕變模型參數(shù)多的特點(diǎn),文中采用具有遺傳交叉因子的改進(jìn)粒子群算法和最小二乘法聯(lián)合反演的方法,根據(jù)泥巖蠕變試驗(yàn)數(shù)據(jù),對本文提出的五元件非線性蠕變損傷模型參數(shù)進(jìn)行了辨識,得出了各參數(shù)合理數(shù)值；(4)為研究端錨粘結(jié)式錨桿的錨固機(jī)理,進(jìn)行端錨桿中心拉拔試驗(yàn)。利用配置的5種水泥砂漿分析鋼筋和水泥砂漿界面的黏結(jié)強(qiáng)度,得到試驗(yàn)的最優(yōu)配合比。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果,依據(jù)荷載傳遞法推導(dǎo)出端錨桿—砂漿界面歷經(jīng)彈性狀態(tài)、塑性軟化和開裂滑移3個(gè)階段的數(shù)學(xué)模型；(5)將包含分?jǐn)?shù)階的五元件非線性蠕變損傷模型的本構(gòu)方程程序化,實(shí)現(xiàn)基于FLAC3D的本構(gòu)模型二次開發(fā)。并結(jié)合推導(dǎo)的端錨桿-砂漿界面在彈性狀態(tài)、塑性軟化和開裂滑移3個(gè)階段的數(shù)學(xué)模型,對高家梁煤礦軟巖支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬分析。通過FLAC3D軟件對巷道支護(hù)前后的位移場和應(yīng)力場進(jìn)行計(jì)算分析,將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析,檢驗(yàn)了聯(lián)合支護(hù)對軟巖巷道變形的控制效果。
[Abstract]:Creep is an important mechanical characteristics of rock materials, many geotechnical engineering problems are closely related to the creep effect, creep of rock for actual engineering has attracted wide attention of scholars at home and abroad. The creep characteristics of soft rock underground engineering and anchoring mechanism is a hot research issue, through experimental research, research methods combining theoretical analysis and numerical simulation, the creep characteristics of the basic mechanical properties of mudstone, the nonlinear creep model, parameter identification and anchoring the interfacial bond slip relationship was studied, and the research results are applied to the analysis of the supporting structure of soft rock roadway in GaoJiaLiang coal mine, the main work is as follows: (1) the conventional uniaxial compression test of mudstone, the strength and deformation characteristics of mudstone, obtain the basic mechanical characteristic parameters which are determined according to the compressive strength of mudstone. Graded loading grade and strength creep tests were carried out. The mudstone grading loading creep test of single axis and three axis by using three axial test of rock, different loading paths including constant confining pressure, grade of axial compression; axial pressure constant grade creep characteristics under confining pressure of mudstone were studied by the different loading paths and different variation of deformation characteristics of mudstone creep stress and creep rate under the level; (2) the creep process of rock creep process as linear and nonlinear superposition, reference modeling method of component model, variable viscosity coefficient FC element containing fractional calculus instead of Newton dashpot with Kelvin, the spring element in series, while the introduction of damage variables considering load level and time effect, this paper presents a new five component nonlinear creep damage model, simulate the whole process of mudstone creep becomes better, Especially the mudstone accelerated creep stage, and derived the constitutive equation and creep equation; (3) the characteristics of graded loading creep model parameters based on multi methods, with a genetic cross factor improved particle swarm algorithm and least square method of joint inversion in this paper, according to the mudstone creep test data, the proposed nonlinear creep the five element damage model parameters are identified, obtained the parameters reasonable value; (4) to study on the anchoring mechanism of the anchor bond type anchor, end anchor pull-out test. Using the configuration of 5 kinds of cement mortar reinforced cement mortar and the bond strength of the interface, get the best mix proportion is presented. According to the indoor based on the test results, derived end bolt and mortar interface after elastic load transfer, the mathematical model of 3 stages of plastic softening and slip; (5) will contain a fractional order A program of this constitutive equation nonlinear creep damage model of five elements, the FLAC3D constitutive model is developed based on the two. Combined with the end of bolt - derived mortar interface in elastic state, the mathematical model of 3 stages of plastic softening and slip, the GaoJiaLiang coal mine soft rock supporting structure for numerical simulation analysis based on the FLAC3D software. The displacement field before and after the supporting and stress field were calculated and analyzed. The numerical calculation results and field monitoring data were analyzed to test the control effect of combined supporting of soft rock roadway deformation.

【學(xué)位授予單位】：遼寧工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU45

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本文編號：1391679